中國粉體網(wǎng)訊  多層陶瓷電容器（MLCC）因其具有緊湊的結(jié)構(gòu)、十分微小的體積、比容高、較低的介電損耗以及可靠性高等優(yōu)點，從而被廣泛的應用在各類電子產(chǎn)品中。

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MLCC是由Ni和Pt等金屬內(nèi)電極與介質(zhì)材料交替疊層而成，然后經(jīng)高溫燒結(jié)，最后在兩端封上金屬端電極的具有獨居石結(jié)構(gòu)的器件。

MLCC內(nèi)部結(jié)構(gòu)及電路簡圖

a) 結(jié)構(gòu)示意圖；b)電路簡圖

傳統(tǒng)MLCC內(nèi)電極一般采用Ag/Pd電極和Pd電極，成本較高。所以，內(nèi)電極的賤金屬化對MLCC的進一步發(fā)展有至關重要的作用。自從1996年用賤金屬鎳代替貴金屬制成的片式多層陶瓷電容器研制成功并投入產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)以后，超細鎳粉在多層陶瓷電容器上的應用在日本發(fā)展極其迅猛。

研究表明，作為MLCC內(nèi)電極的超細鎳粉具有以下幾個主要特點：

（１）鎳內(nèi)電極成本低，僅為常規(guī)的Pd30－Ag70電極的５％左右，經(jīng)濟效益可觀；

（２）鎳原子或原子團的電遷移速度較Ag或Ag/Pd小，因而具有良好的電化學穩(wěn)定性，可以提高MLCC的可靠性；

（３）對于Ni－MLCC，其外電極也是Ｎｉ金屬，與內(nèi)電極可同時燒成，同一種金屬在聯(lián)接時沒有空隙，電極聯(lián)接的可靠性較高；

（４）機械強度高，Ni作電極時其抗折強度比Ag/Pd電極大；

（５）鎳電極對焊料的耐腐蝕性和耐熱性好，工藝穩(wěn)定性好；

（６）鎳電極電阻率小，電導率優(yōu)于Ag/Pd系電極，可以降低MLCC的等效串聯(lián)電阻，提高阻抗頻率。

1 MLCC用超細鎳粉的制備方法

MLCC電極用超細鎳粉的制備方法按反應體系的狀態(tài)大體上可分為固相法、氣相法和液相法。

1 氣相法

1.1蒸發(fā)－冷凝法

蒸發(fā)－冷凝法生產(chǎn)超細鎳粉的過程為：將金屬鎳加熱到1425℃汽化，蒸氣急速冷凝即可制得鎳粉。采用真空環(huán)境蒸發(fā)可以降低蒸發(fā)溫度，如在1.3Ｐa壓力下加熱到700℃即得到鎳蒸氣。

蒸發(fā)－冷凝法在理論上可以制備任何材料，其特點是所制取的超細粉末表面清潔，粒徑可調(diào)，結(jié)晶形狀一般為球形，特別適合于金屬超細粉末的制備，它是制備MLCC用超細鎳粉的有效方法。

1.2羰基鎳熱分解法

主要分兩步進行：第一步是制備羰基鎳Ni(CO)₄；第二步是分解羰基鎳獲得鎳粉。該法比較實用，生產(chǎn)的鎳粉（粒徑一般在１μｍ到幾十納米之間）純度非常高，用途比較廣泛。不過該方法制備的鎳粉形狀不規(guī)則，要用于MLCC內(nèi)電極材料，需要經(jīng)過球化處理。

該方法適合于工業(yè)化生產(chǎn)，但主要存在兩個缺點：一是熱解塔內(nèi)分解溫度較高，鎳粉易燒結(jié)，故粒徑較大；二是羰基鎳是一種劇毒物質(zhì)，對人的身體健康有害，會對環(huán)境造成極大污染。

1.3化學氣相沉淀法

化學氣相沉積法又稱氣相氫還原法，是制備MLCC用鎳粉的常用方法。該方法是在高溫下使氯化鎳揮發(fā)，然后在氫氣氣氛下還原為金屬鎳原子，通過形核、生長、碰撞等過程，得到球形超細鎳粉�；瘜W氣相沉積法由于其結(jié)晶溫度高，因而所生產(chǎn)的鎳粉結(jié)晶性好，純度高，顆粒粒度可控。

該法能夠以較低的生產(chǎn)成本生產(chǎn)粒徑均勻的球形超細鎳粉，適合于MLCC中代替金屬鈀的電極材料，其價格可與傳統(tǒng)的電容器電極材料相競爭，但是所需設備比較昂貴，而且設備腐蝕嚴重。

1.4電爆炸絲法

電爆炸絲法是在充滿惰性氣體的反應室中，對鎳絲施加直流高壓電，在鎳絲內(nèi)部形成很高的電流密度（10⁷Ａ／cm^３），使鎳絲爆炸獲得超細鎳粉。鎳絲可通過一個供絲系統(tǒng)自動進入反應室中，從而使上述過程可重復進行。

2 液相法

2.1高壓氫還原法

在高壓釜內(nèi)，有催化劑存在條件下，可以用氫氣還原鎳的氨性水溶液或不溶于水的堿式碳酸鎳、氫氧化鎳等水漿液，制得超細鎳粉。該工藝成本較低，工藝簡單，便于在工業(yè)上推廣，但必須使用高壓設備和催化劑。

2.2液相還原法

液相還原法就是將反應物配制成一定濃度的溶液，利用還原劑將液相中的鎳還原出來，其反應機理是氧化還原反應。所用的還原劑一般為水合肼、ＮaBH₄、KBH₄以及多元醇。還原出來的鎳粉凝聚體用乙醇或丙酮處理，可得粒徑為２μｍ以下、分散均勻、純度高的超細鎳粉。

液相還原法的優(yōu)點為原料來源廣泛，設備簡單，操作簡便，產(chǎn)品純度高，顆粒尺寸小、分布均勻。但其缺點為還原劑硼氫化鈉價格昂貴，且水合肼有毒。

2.3微乳液法

“微乳液”定義為兩種不互溶的液體形成的熱力學穩(wěn)定、各向同性、透明或半透明的分散體系，體系中包含由表面活性劑形成的界面膜所穩(wěn)定的其中一種或兩種液體的液滴。微乳液將連續(xù)介質(zhì)分散成為微小空間，微乳液法已經(jīng)廣泛地應用于超細鎳粉的制備。

2.4超聲霧化-熱分解法

超聲霧化－熱分解法是一種生產(chǎn)具有獨特性質(zhì)微粒的重要方法，該方法利用了超聲波的高能分散機制，目標物前驅(qū)體母液經(jīng)過超聲霧化器產(chǎn)生微米級的霧滴，并被載氣帶入高溫反應器中發(fā)生熱分解，從而得到粒徑均勻的超細粉體材料。超聲霧化－熱分解法由于目標成分易控制，前驅(qū)物來源廣泛，產(chǎn)品粒度分布較窄而且粒徑可控，可以有效地制備MLCC內(nèi)電極用鎳粉。

2.5電解法

在電解池中加入含Ni²⁺溶液，以鎳板作陽極，石墨或貴金屬作陰極，接通電源并周期性改變電流方向，生成的鎳粉沉積在電解池底部，之后用磁性材料收集。該法是目前工業(yè)生產(chǎn)中應用較多的一種方法，但存在腐蝕性強、勞動條件差、耗能較高并易造成一定程度環(huán)境污染的問題，需要對工藝進行改進。

2.6 γ射線輻射合成法

γ射線輻射金屬鎳鹽溶液制備超細鎳粉的基本原理是：水在γ射線輻射下能產(chǎn)生大量的粒子，這些粒子中水合電子和氫原子具有較強的還原能力，可將金屬鎳離子逐級還原，新生成的鎳原子聚集成核，最終生成超細顆粒。通過控制溶液濃度、pH值、輻照劑量，可以控制微粒的尺寸和形狀。

3 固相法

3.1機械破碎法

機械破碎法是利用機械力將大塊料破碎為所需顆粒的方法，根據(jù)機械力的不同，可分為氣流沖擊法、機械球磨法以及超聲波粉碎法。機械球磨法是目前制備超細鎳粉比較經(jīng)濟的一種方法。

機械球磨法的優(yōu)點是操作工藝簡單，成本低廉，制備效率高，且能夠制備出常規(guī)方法難以獲得的高熔點金屬超微顆粒。它的缺點是粒徑分布不均勻，純度較低。

3.2固相分解法

用石墨作為反應器，在氬氣環(huán)境中加熱分解固體甲酸鎳制備了鎳粉，得到的鎳粉平均粒徑為0.4~0.6μｍ，粉末形狀為近球形。該種方法制得的鎳粉純度很高，通過調(diào)整工藝參數(shù)，可以制得滿足MLCC內(nèi)電極用條件的鎳粉，但是該種方法制取鎳粉的成本較高。

近年來得益于便攜式消費電子產(chǎn)品的產(chǎn)量猛增，MLCC已經(jīng)占領了電容器市場的龍頭位置。據(jù)中國電子報報道，中國在2021年MLCC的市場規(guī)模將達到630億元。

但目前由于受材料、設備及工藝技術水平等因素的限制，國內(nèi)MLCC的研發(fā)進展十分緩慢。有必要開展對賤金屬MLCC的深入研究，攻克其內(nèi)電極用鎳粉制備的研究難點，推動技術的國產(chǎn)化，趕超國際先進水平。

參考來源：

【1】 郭瑞.BaTiO₃基X9R型多層陶瓷電容器介電材料的研究.2020.

【2】 郭順，等.MLCC用超細鎳粉的制備方法及發(fā)展趨勢.材料導報.2012.

【3】 郝曉光.多層陶瓷電容器用鎳內(nèi)電極漿料的現(xiàn)狀與展望.電子元件與材料.2017.

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）

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